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近年來，表皮電子系統由於其與皮膚和生物體緊密共形的接觸，在個性化醫療、智能診斷和健康監測等領域展現出重要的應用價值和廣闊前景。目前，由於表皮電子系統受限於柔性電子器件的電學性能、集成規模和功能模塊的構建技術，因此能夠實現基於柔性器件同時完成包含生理信號採集、處理和原位存儲的集成電子系統仍然存在嚴峻挑戰。

近日，北京大學電子學院、納米器件物理與化學教育部重點實驗室胡又凡課題組以碳納米管網絡薄膜作為半導體材料，構建了包含柔性傳感器、傳感界面電路和存儲陣列的集成表皮電子系統。基於異質疊層柵介質結構所構建的碳納米管柔性閃存器能夠實現超過108秒的保持時間、±2V的超低工作電壓和超過百萬次的耐久性，這些性能已經滿足了目前工業級存儲器的性能應用要求。

a) 表皮電子系統圖示；b) 位於人體皮膚表面的集成表皮電子系統；c) 表皮電子系統的空間架構布局；d）傳感器；e）界面電路；f) 存儲陣列的空間結構；g)表皮電子系統的信息流向
課題組充分利用碳納米管材料能夠實現晶圓級大批量加工的優勢，在超薄的柔性基底上構建了多種基本電子元器件，並完成器件集成。所構建的差分放大電路能夠實現超過27dB的增益、43dB的共模抑制比和22KHz的增益帶寬積。基於超薄柔性電路，課題組展示了對於心電信號、濕度信號和溫度信號的放大功能，並通過所構造的柔性存儲器實現了對這些生理特徵的存儲。
在國家自然科學基金和國家重點研發計劃等項目的支持下，上述工作以「An epidermal electronic system for physiological information acquisition, processing, and storage with anintegrated flash memory array」（一種用於生理信息採集、處理和存儲的具有集成閃存陣列的表皮電子系統）為題，於8月17日發表於《科學.進展》（Science Advances, 8, eabp8075），北京大學電子學院博士生向立為第一作者，胡又凡為通訊作者。這一系列成果充分展示了碳納米管材料在柔性集成電路領域的巨大優勢和應用前景，有望用於構建下一代個性化診療和健康監測平台，並對未來的先進醫療診斷系統產生重要的推動作用。

本文來源：北京大學



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